PL236970B1

PL236970B1 - Sposób wytwarzania emulsji parafinowo-poliolefinowej

Info

Publication number: PL236970B1
Application number: PL423356A
Authority: PL
Inventors: Iwona Witkowska; Grzegorz Kubosz; Paweł Mlicki; Izabela Robak; Jan Gniady; Jolanta Iłowska; Michał Szmatoła; Rafał Grabowski; Julia Woch; Jolanta Bubicz; Witold Haas; Renata Kubica; Renata Fiszer
Original assignee: Inst Ciezkiej Syntezy Organicznej Blachownia; Polwax Spolka Akcyjna
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2017-11-03
Publication date: 2021-03-08
Also published as: PL423356A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania emulsji parafinowo-poliolefinowej do impregnacji papieru przeznaczonego przede wszystkim do kontaktu z żywnością.

Emulsje wykorzystywane są w wielu gałęziach przemysłu takich, jak przemysł kosmetyczny, farmaceutyczny, rolniczy, spożywczy, środków ochrony roślin, tekstylny, polimerowy, budowniczy, farb i lakierów, papierowy, przetwórstwa skór, górniczy, galwanotechniczny, środków ochronnych, petrochemiczny i środków czystości. Wodne emulsje wosków wykorzystywane są przy produkcji kosmetyków, farmaceutyków, przemyśle spożywczym, przemyśle tekstylnym, w budownictwie, przemyśle papierowym i środków ochronnych.

Opakowanie stanowi barierę między produktem a czynnikami zewnętrznymi, której główną funkcją jest zachowanie odpowiedniej ochrony zawartości, szczególnie jeśli jest nią produkt spożywczy. W celu polepszenia właściwości ochronnych opakowań, zalecana jest ich impregnacja. Impregnaty powinny cechować się odpowiednią wodoodpornością, prostotą nakładania, możliwie niską ceną i przede wszystkim bezpieczeństwem stosowania. Środek powlekający opakowanie tekturowe do żywności powinien zapewnić odpowiednie właściwości barierowe przeciwko przenikaniu niepożądanych substancji z samego opakowania do żywności. Wyniki wielu badań potwierdzają możliwość migracji do żywności potencjalnie szkodliwych substancji z opakowań, szczególnie produkowanych z tektury pochodzącej z recyklingu (Jurek, A.; Leitner, E. Food Additives & Contaminants: Part A, 2015; O’Connor, G.; Hudson, N.; Buckley, S. Pack. Technol. Sci. 2015,28, 75-79; Arvanitoyannis, I.; Bosnea, L. Crit. Rev. Food Sci. 2004, 44, 63-76; Lamberti, M.; Escher, F. Food Rev. Int. 2007, 23, 407-433.

Jak pokazały badania, przed migracją nie chronią całkowicie nawet wielowarstwowe laminaty polietylenowo-aluminiowe typu Tetra Pak.

Obecnie, jako impregnaty do opakowań do żywności stosowane są lakiery, woski i warstwy termoplastycznych polimerów. Wysoka hydrofobowość tych powłok uniemożliwia efektywny recykling pokrytych nimi opakowań z uwagi na trudności w usunięciu impregnatu. Inne rodzaje powłok ochronnych to dyspersje polimerowe (BASF), charakteryzujące się dobrymi właściwościami ochronnymi, jednak ich koszt jest zbyt wysoki lub, w świetle unijnej dyrektywy i rozporządzenia 76/893/EWG; 89/109/EWG oraz WE nr 1935/2004, nie są przystosowane do kontaktu z żywnością.

W polskim opisie patentowym 196969 ujawniono sposób wytwarzania emulsji węglowodorowej z gaczu parafinowego i /lub parafiny znamienny tym, że wodę, korzystnie zdemineralizowaną, w ilości 300- 660 części wagowych, boraks dziesięciowodny w ilości 0,1-20 części wagowych, dietanoloaminę i /lub monoetanoloaminę i /lub trietanoloaminę w ilości 0,1-4 części wagowych oraz olej napędowy i /lub olej parafinowy i /lub olej wazelinowy w ilości 0-20 części wagowych ogrzewa się w temperaturze 60-100°C i miesza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny, po czym stopniowo wprowadza się do reaktora, w którym w temperaturze 65-100°C znajduje się 700-900 części wagowych gaczu parafinowego i/lub parafiny z dodatkiem 15-75 części wagowych stearyny, całość mieszając ogrzewa się do temperatury 65-100°C do uzyskania jednorodnej mieszaniny, po czym wprowadza się wodny roztwór amoniaku w ilości 0-10 części wagowych w przeliczeniu na amoniak 100% oraz olej napędowy i /lub olej parafinowy i /lub olej wazelinowy w ilości 0-20 części wagowych, całość miesza się w temperaturze 60-100°C przez 0,05 do 2 godzin, po czym otrzymaną mieszaninę kieruje się do pompy, którą mieszaninę przetłacza się przez zawór homogenizujący pracujący pod ciśnieniem 2-30 MPa, następnie mieszaninę rozpręża się i chłodzi.

W polskim zgłoszeniu P.411776 przedstawiono sposób otrzymywania emulsji parafinowej znamienny tym, że w temperaturze 80-99°C,80 części wagowych parafiny, 3-10 części wagowych stearyny i 0-15 części wagowych monostearynianu gliceryny miesza się aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny, następnie stopniowo dozuje się roztwór zawierający 0,1 -5 części wagowych monoetanoloaminy i/lub dietanoloaminy i/lub trietanoloaminy, 0,1 -0,8 części wagowych wodorotlenku sodu w 50-200 częściach wagowych wody tak, aby temperatura w reaktorze nie obniżyła się poniżej 85-90°C, zawartość reaktora miesza się w temperaturze 90-99°C i miesza się jeszcze przez 10-60 minut, po czym wyłącza się mieszanie, całość pozostawia na kilkanaście minut w celu wstępnego odpowietrzenia, następnie poddaje się dwustopniowej homogenizacji, przepuszczając ją przez wysokociśnieniowy homogenizator przy ciśnieniu 5-60 MPa na pierwszym stopniu homogenizacji oraz ciśnieniu 0,1-10,0 MPa na drugim stopniu homogenizacji.

PL 236 970 Β1

W polskim zgłoszeniu P.414098 opisano sposób polegający na tym, że w temperaturze 8099°C, 100 części wagowych parafiny z ropy naftowej i/lub syntetycznej 2-10 części wagowych stearyny i 5-15 części wagowych monostearynianu gliceryny oraz 0-5 części wagowych etoksylowanego monostearynianu sorbitanu, 0-5 części wagowych monostearynianu sorbitanu, 0-5 części wagowych etoksylowanego monooleinianu sorbitanu i 0-5 części wagowych monooleinianu sorbitanu miesza się aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny, następnie stopniowo dozuje się roztwór zawierający 0,2-1,0 części wagowych wodorotlenku sodu w 60-250 częściach wagowych wody tak, aby temperatura w reaktorze nie obniżyła się poniżej 85-90°C, następnie zawartość reaktora miesza się w temperaturze 90-99°C jeszcze przez 10-60 minut, po czym wyłącza się mieszanie, całość pozostawia na kilkanaście minut w celu wstępnego odpowietrzenia, poddaje się co najmniej raz dwustopniowej homogenizacji, przepuszczając zawartość reaktora przez wysokociśnieniowy homogenizator przy ciśnieniu 5-60 MPa na pierwszym stopniu homogenizacji oraz przy ciśnieniu 0,1-10,0 MPa na drugim stopniu homogenizacji.

Z polskiego zgłoszenia P.421939 znany jest sposób otrzymywania emulsji parafinowej znamienny tym, że w temperaturze 80-99°C, 50-100 części wagowych parafiny z ropy naftowej i 0-50 części wagowych parafiny syntetycznej, 2-10 części wagowych stearyny i 5-15 części wagowych monostearynianu gliceryny oraz 1-5 części wagowych emulgatora o wzorze:

OH

O(CH2)_nCH₂NCH_zCH2CH₂NHCOR

CH₃ gdzie n = 2 lub 3, a R = -C15H31, miesza się aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny, następnie stopniowo dozuje się taką ilość roztworu zawierającego 0,2-1,0 części wagowych wodorotlenku sodu w 60-250 częściach wagowych wody, aby uzyskać pH emulsji na poziomie nie mniejszym niż 9, przy czym szybkość dozowania roztworu wodorotlenku sodu dobiera się tak, aby temperatura w reaktorze nie obniżyła się poniżej 85-90°C, następnie zawartość reaktora miesza się w temperaturze 90-99°C jeszcze przez 10-60 minut, po czym wyłącza się mieszanie, całość pozostawia w celu wstępnego odpowietrzenia, po czym poddaje się co najmniej raz dwustopniowej homogenizacji, przepuszczając zawartość reaktora przez wysokociśnieniowy homogenizator przy ciśnieniu 5-60 MPa na pierwszym stopniu homogenizacji oraz przy ciśnieniu 0,1-10,0 MPa na drugim stopniu homogenizacji.

Celem wynalazku było opracowanie nieskomplikowanego i ekonomicznego sposobu wytwarzania emulsji do impregnacji papieru przeznaczonego do kontaktu z żywnością.

Okazało się, że możliwe jest opracowanie nieskomplikowanego i ekonomicznego sposobu wytwarzania emulsji parafinowej do impregnacji papieru przeznaczonego do kontaktu z żywnością na bazie parafiny, wosku polialfaolefinowego i/lub polietylenowego, monostearynianu gliceryny, monostearynianu polioksyetylenosorbitanu i wody, jeżeli w procesie wytwarzanie emulsji stosuje się odpowiednie proporcje wosku, monostearynianu gliceryny i monostearynianu polioksyetylenosorbitanu.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że w temperaturze 80-99°C, 100 części wagowych parafiny z ropy naftowej i ewentualnie syntetycznej, 0,1-12 części wagowych syntetycznego wosku polialfaolefinowego o liczbie atomów węgla w monomerze 10 lub więcej, i/lub wosku polietylenowego o gęstości 0,92-0,94 g/cm³ i rozkładzie mas cząsteczkowych w zakresie 800-1500, 5,1-15 części wagowych monostearynianu gliceryny oraz 5-15 części wagowych monostearynianu polioksyetylenosorbitanu, miesza się aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny, po czym stopniowo wprowadza się 150-210 części wagowych wody o temperaturze 85-95°C, tak aby temperatura zawartości reaktora nie obniżyła się poniżej 88°C, zawartość reaktora miesza się w temperaturze 90-99°C jeszcze przez 10-60 minut, całość pozostawia się do wstępnego odpowietrzenia, po czym poddaje się co najmniej raz dwustopniowej homogenizacji, przepuszczając zawartość reaktora przez wysokociśnieniowy homogenizator przy ciśnieniu 5-60 MPa na pierwszym stopniu homogenizacji oraz przy ciśnieniu 0,1-10,0 MPa na drugim stopniu homogenizacji.

PL 236 970 B1

Korzystnie jest, jeżeli na drugim stopniu homogenizacji stosuje się ciśnienie kilkakrotnie niższe, niż na pierwszym stopniu homogenizacji.

Przy zastosowaniu zastrzeganych proporcji wosku syntetycznego w zakresie 0,1-12 części wagowych, monostearynianu gliceryny w zakresie 5,1 -15 części wagowych oraz monostearynianu polioksyetylenosorbitanu w zakresie 5-15 części wagowych na 100 części wagowych parafiny z ropy naftowej i ewentualnie syntetycznej, uzyskuje się stabilną emulsję bez konieczności stosowania stearyny a także boraksu, ługu sodowego, czy etanoloamin. Emulsja otrzymana sposobem według wynalazku charakteryzuje się odczynem w zakresie pH 4,5-6, w przeciwieństwie do dotychczas znanych emulsji posiadających pH zasadowe.

P r z y k ł a d 1

Do szklanego reaktora o pojemności nominalnej 2,5 dm³ zaopatrzonego w płaszcz grzejny, termoparę, chłodnicę zwrotną, mieszadło z regulacją obrotów wprowadza się 375 g rafinowanej parafiny z przeróbki ropy naftowej będącej mieszaniną stałych, wysokocząsteczkowych węglowodorów, przede wszystkim n-parafinowych, 125 g parafiny syntetycznej z syntezy Fischera-Tropscha, 50 g monostearynianu gliceryny, 0,5 g wosku syntetycznego polialfaolefinowego o temperaturze mięknienia 72°C, o liczbie atomów węgla w monomerze 10 lub więcej, oraz 50 g monostearynianu polioksyetylenosorbitanu. Mieszaninę ogrzewa się do temperatury 95°C z jednoczesnym mieszaniem składników z szybkością 300 obrotów na minutę, aż do uzyskania j ednorodnej mieszaniny przez 40 minut. Do uzyskanej mieszaniny stopniowo wprowadza się 900 g wody o temperaturze 85°C, tak aby temperatura zawartości reaktora nie obniżyła się poniżej 88°C. Mieszaninę miesza się (300 obrotów na minutę) w temperaturze 95°C przez 20 minut. Po tym czasie mieszaninę pozostawia się na 15 minut, po czym uzyskaną emulsję homogenizuje się przepuszczając przez homogenizator z prędkością 9 litrów/godzinę, przy ciśnieniu 16 MPa na pierwszym stopniu homogenizacji oraz ciśnieniu 4 MPa na drugim stopniu homogenizacji. Po zakończeniu homogenizacji próbkę chłodzi się do temperatury 52°C. Uzyskuje się jednorodną, płynną emulsję o odczynie pH = 5,1, zawierającą 40,2% suchej masy i o lepkości pozornej 10 mPa-s w temperaturze 23°C.

P r z y k ł a d 2

Do reaktora wprowadza się 350 g rafinowanej parafiny z przeróbki ropy naftowej będącej mieszaniną stałych, wysokocząsteczkowych węglowodorów, przede wszystkim n-parafinowych, 125 g parafiny z syntezy Fischera-Tropscha, 50 g monostearynianu gliceryny, 25 g wosku syntetycznego polialfaolefinowego o temperaturze mięknienia 72°C, o liczbie atomów węgla w monomerze 10 lub więcej, oraz 50 g monostearynianu polioksyetylenosorbitanu. Mieszaninę ogrzewa się do temperatury 93°C z jednoczesnym mieszaniem składników z szybkością 300 obrotów na minutę, przez 45 minut aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny. Do uzyskanej mieszaniny stopniowo wprowadza się 900 g wody o temperaturze 85°C, tak aby temperatura zawartości reaktora nie obniżyła się poniżej 88°C. Mieszaninę miesza się (300 obrotów na minutę) w temperaturze 95°C przez 20 minut. Po tym czasie mieszaninę pozostawia się na 15 minut, uzyskaną emulsję homogenizuje się przepuszczając przez homogenizator z prędkością 9 litrów/godzinę, przy ciśnieniu 20 MPa, na pierwszym stopniu homogenizacji oraz ciśnieniu 3 MPa na drugim stopniu homogenizacji. Po zakończeniu homogenizacji próbkę chłodzi się do temperatury 52°C.

Uzyskuje się jednorodną, płynną emulsję o odczynie pH = 6, zawierającą 39,4% suchej masy i lepkości pozornej 11,5 mPa-s w temperaturze 23°C.

P r z y k ł a d 3

Do reaktora wprowadza się 250 g rafinowanej parafiny z przeróbki ropy naftowej będącej mieszaniną stałych, wysokocząsteczkowych węglowodorów, przede wszystkim n-parafinowych, 250 g parafiny z syntezy Fischera-Tropscha, 50 g monostearynianu gliceryny oraz 1 g wosku syntetycznego polialfaolefinowego, o temperaturze mięknienia 72°C o liczbie atomów węgla w monomerze 10 lub więcej, oraz 50 g monostearynianu polioksyetylenosorbitanu. Mieszaninę ogrzewa się do temperatury 90°C z jednoczesnym mieszaniem składników z szybkością 300 obrotów na minutę, aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny (około 47 minut). Do uzyskanej mieszaniny stopniowo wprowadza się 900 g wody o temperaturze 86°C, tak aby temperatura zawartości reaktora nie obniżyła się poniżej 88°C. Mieszaninę miesza się (300 obrotów na minutę) w temperaturze 94°C przez 22 minuty. Po tym czasie mieszaninę pozostawia się na 13 minut, po czym uzyskaną emulsję homogenizuje się przepuszczając przez homogenizator z prędkością 9 litrów/godzinę, przy ciśnieniu 16 MPa na pierwszym stopniu homogenizacji oraz ciśnieniu 2 MPa na drugim stopniu homogenizacji. Po zakończeniu homogenizacji próbkę chłodzi się do temperatury 50°C.

PL 236 970 B1

Uzyskuje się jednorodną, płynną emulsję o odczynie pH = 5,7, zawierającą 39,4% suchej masy i o lepkości pozornej 11 mPa-s w temperaturze 23°C.

P r z y k ł a d 4

Do reaktora wprowadza się 475 g rafinowanej parafiny z przeróbki ropy naftowej będącej mieszaniną stałych, wysokocząsteczkowych węglowodorów, przede wszystkim n-parafinowych 50 g monostearynianu gliceryny, 25 g wosku syntetycznego polialfaolefinowego o temperaturze mięknienia 72°C o liczbie atomów węgla w monomerze 10 lub więcej, oraz 50 g monostearynianu polioksyetylenosorbitolu. Mieszaninę ogrzewa się do temperatury 94°C z jednoczesnym mieszaniem składników z szybkością 300 obrotów na minutę, przez 49 minut aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny. Do mieszaniny stopniowo wprowadza się 900 g wody o temperaturze 85°C, tak aby temperatura zawartości reaktora nie obniżyła się poniżej 88°C. Mieszaninę miesza się (300 obrotów na minutę) w temperaturze 95°C przez 20 minut. Po tym czasie mieszaninę pozostawia się na 14 minut, po czym uzyskaną emulsję homogenizuje się przepuszczając przez homogenizator z prędkością 9 litrów/godzinę, przy ciśnieniu 13 MPa na pierwszym stopniu homogenizacji oraz ciśnieniu 4 MPa na drugim stopniu homogenizacji. Po zakończeniu homogenizacji próbkę chłodzi się do temperatury 52°C.

Uzyskuje się jednorodną płynną emulsję o odczynie pH = 5,7, zawierającą 40,2% suchej masy i o lepkości pozornej 13 mPa-S w temperaturze 23°C.

P r z y k ł a d 5

Do reaktora wprowadza się 475 g rafinowanej parafiny z przeróbki ropy naftowej będącej mieszaniną stałych, wysokocząsteczkowych węglowodorów, przede wszystkim n-parafinowych, 50 g monostearynianu gliceryny, 25 g wosku polietylenowego o gęstości 0,93 g/c m³ i rozkładzie mas cząsteczkowych w zakresie 800-1500 oraz 50 g monostearynianu polioksyetylenosorbitanu. Mieszaninę ogrzewa się do temperatury 94°C z jednoczesnym mieszaniem składników z szybkością 300 obrotów na minutę, aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny. Następnie wprowadza się 900 g wody o temperaturze 86°C tak aby temperatura zawartości reaktora nie obniżyła się poniżej 88°C. Całość ogrzewa się i miesza w temperaturze 93-94°C przez 22 minuty. Po tym czasie mieszaninę pozostawia się na 11 minut, po czym uzyskaną emulsję homogenizuje się przepuszczając przez homogenizator z prędkością 9 litrów/godzinę przy ciśnieniu 15 MPa na pierwszym stopniu homogenizacji oraz ciśnieniu 5 MPa na drugim stopniu homogenizacji. Po zakończeniu homogenizacji próbkę chłodzi się do temperatury 50°C.

Uzyskuje się jednorodną, płynną emulsję o odczynie pH = 5,0, zawierającą 38,5% suchej masy i o lepkości pozornej 25 mPa-s w temperaturze 23°C.

P r z y k ł a d 6

Do reaktora wprowadza się 450 rafinowanej parafiny z przeróbki ropy naftowej będącej mieszaniną stałych, wysokocząsteczkowych węglowodorów, przede wszystkim n-parafinowych, 50 g monostearynianu gliceryny, 25 g wosku syntetycznego polialfaolefinowego o temp eraturze mięknienia 72°C, o liczbie atomów węgla w monomerze 10 lub więcej, 25 g wosku polietylenowego o gęstości 0,93 g/cm³ i rozkładzie mas cząsteczkowych w zakresie 800-1500 oraz 50 g monostearynianu polioksyetylenosorbitanu. Mieszaninę ogrzewa się do temperatury 95°C z jednoczesnym mieszaniem składników z szybkością 300 obrotów na minutę, aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny (około 41 minut). Do uzyskanej mieszaniny stopniowo wprowadza się 900 g wody o temperaturze 94°C, tak aby temperatura zawartości reaktora nie obniżyła się poniżej 88°C. Mieszaninę miesza się (300 obrotów na minutę) w temperaturze 95°C przez 25 minut. Po tym czasie mieszaninę pozostawia się na 11 minut, po czym uzyskaną emulsję homogenizuje się dwukrotnie przepuszczając przez homogenizator z prędkością 9 litrów/godzinę przy ciśnieniu 16 MPa na pierwszym stopniu homogenizacji oraz ciśnieniu 4 MPa na drugim stopniu homogenizacji. Po zakończeniu drugiej homogenizacji próbkę chłodzi się do temperatury 50°C.

Uzyskuje się jednorodną, płynną emulsję o odczynie pH = 4,8, zawierającą 38,7% suchej masy.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania emulsji parafinowo-poliolefinowej znamienny tym, że w temperaturze 80-99°C,100 części wagowych parafiny z ropy naftowej i ewentualnie syntetycznej, 0,1-12 części wagowych syntetycznego wosku polialfaolefinowego o liczbie atomów węgla w monomerze 10 lub więcej, i/lub wosku polietylenowego o gęstości 0,92-0,94 g/cm³ i rozkładzie mas cząsteczkowych w zakresie 800-1500, 5,1-15 części wagowych monostearynianu gliceryny oraz 5-15 części wagowych monostearynianu polioksyetylenosorbitanu, miesza się aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny, po czym stopniowo wprowadza się 150-210 części wagowych wody o temperaturze 85-95°C, tak aby temperatura zawartości reaktora nie obniżyła się poniżej 88°C, zawartość reaktora miesza się w temperaturze 90-99°C jeszcze przez 10-60 minut, całość pozostawia się do wstępnego odpowietrzenia, po czym poddaje się co najmniej raz dwustopniowej homogenizacji, przepuszczając zawartość reaktora przez wysokociśnieniowy homogenizator przy ciśnieniu 5-60 MPa na pierwszym stopniu homogenizacji oraz przy ciśnieniu 0,1-10,0 MPa na drugim stopniu homogenizacji.
2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że na drugim stopniu homogenizacji stosuje się ciśnienie kilkakrotnie niższe niż na pierwszym stopniu homogenizacji.